气隙式与水隙式膜蒸馏性能对比及膜污染研究

摘要

膜蒸馏在海水淡化和污水处理领域作为新兴节能技术，得到了足够的重视与认可，但是目前仍存在许多难题：能量利用率问题、膜污染问题等。这些问题阻碍了膜蒸馏的进一步推广。 本文旨在对气隙式膜蒸馏的性能（能量回收、产水通量）提高的基础上，对现有膜蒸馏组件的质量、热量传递过程进行了分析，得出了理论上水隙式膜蒸馏的性能将会更好。采用自制的能量回收式的膜蒸馏组件进行了气隙式膜蒸馏和水隙式膜蒸馏的性能对比实验。实验考察了不同进料液温度、冷凝液温度、流速、间隙导热率和间隙宽度对通量和造水比的影响，并分析了两者性能的差异。实验发现不论是气隙式膜蒸馏还是水隙式膜蒸馏，位于膜和冷凝壁面之间的间隙是影响通量和造水比的一个关键因素。相较于使用低导热率PP网，气隙式膜蒸馏与水隙式膜蒸馏的间隙中使用导热率较高的黄铜网不利于通量和造水比的提高。这一结果表明，单纯改变间隙内的导热率不能提高通量和造水比，水隙式膜蒸馏中通量和造水比的提高是因为填充在间隙中的渗透水改变了膜蒸馏过程的传质传热路径。与气隙式膜蒸馏相比，水隙式膜蒸馏在间隙宽度为0.5mm时，通量和造水比最大增加了7.9％和59.82％。实验过程中的盐截留率均达到99.8%以上。 进一步，对膜蒸馏的长周期实验过程进行了探讨，分析了膜蒸馏过程中产生的污染对通量和造水比的影响。本实验中通量由最初的3.05L/(h·m2)下降到1.99L/(h·m2)，通量下降了35%，造水比由1.28下降到0.53，造水比下降了58%，截留率有一定下降，但是保持99.6%以上，膜污染较为严重。

目录

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第1章 文献综述

1.1 膜的应用发展

1.2 膜蒸馏

1.2.1 膜蒸馏定义及概述

1.2.2 膜蒸馏的驱动力—跨膜蒸汽压差

1.2.3 温度极化与浓度极化

1.2.4 膜蒸馏的分类

1.2.3 膜材料

1.2.5 膜污染

1.3本文研究内容

第2章 膜组件制作及膜蒸馏实验系统

2.1 膜蒸馏组件的设计

2.1.1 膜蒸馏组件现状介绍

2.1.2 膜组件的设计及制作

2.2实验仪器与设备

2.3实验装置与流程

2.3.1气隙式膜蒸馏与水隙式膜蒸馏实验

2.3.2间歇长周期氯化钠溶液浓缩实验

2.4 性能评价指标

第3章 气隙式膜蒸馏与水隙式膜蒸馏的性能研究

3.1 气隙式膜蒸馏和水隙式膜蒸馏的质量传递分析

3.1.1 气隙式膜蒸馏的质量传递过程

3.1.2 水隙式膜蒸馏的质量传递过程

3.2 气隙式膜蒸馏和水隙式膜蒸馏的热量传递分析

3.2.1 气隙式膜蒸馏的热量传递过程

3.2.2 水隙式膜蒸馏的热量传递过程

3.3 实验结果与讨论

3.3.1 温度对通量和造水比的影响

3.4.2 流量对通量和造水比的影响

3.4.3 间隙宽度对通量和造水比的影响

3.4.4 间隙导热率对通量和造水比的影响

3.4 本章小结

第4章 膜蒸馏长周期运行实验

4.1 氯化钠溶液的电导率曲线

4.2 氯化钠溶液浓缩实验结果分析

4.3 氯化钠溶液浓缩实验前后膜面电镜图

4.4本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢